CLIPPIR là tên gọi của một nhóm kim cương đặc biệt hiếm, có kích thước lớn, rất ít bao thể, độ tinh khiết cao, hình dạng bất quy tắc và từng trải qua quá trình tái hòa tan.
Tên gọi này được ghép từ các chữ cái đầu của những đặc điểm trên: giống Cullinan (Cullinan-like), kích thước lớn (Large), ít bao thể (Inclusion-poor), tinh khiết (Pure), hình dạng bất quy tắc (Irregular) và từng trải qua quá trình tái hòa tan (Resorbed).
Dù chỉ chiếm chưa đến 1% tổng số kim cương trên Trái Đất, nhóm CLIPPIR lại bao gồm nhiều viên kim cương thô lớn nhất từng được phát hiện.
Trong số đó có viên Cullinan nặng 3.106 carat, được tìm thấy tại mỏ Premier ở Nam Phi; viên Lesedi La Rona nặng 1.111 carat, được phát hiện tại mỏ Karowe ở Botswana năm 2015; cùng viên Motswedi nặng 2.492 carat, được khai thác tại mỏ Karowe năm 2024.
Hành trình địa chất hàng trăm triệu năm trong mỗi viên kim cương
CLIPPIR không phải là những viên kim cương thông thường. Chúng thuộc nhóm “kim cương siêu sâu”, hình thành ở độ sâu khoảng 400-660km dưới bề mặt Trái Đất, trong đới chuyển tiếp của manti.
Độ sâu này lớn hơn nhiều so với nơi hình thành của các viên kim cương chất lượng đá quý thông thường. Những viên kim cương này thường xuất hiện trong các “rễ” manti dày và ổn định bên dưới các lục địa cổ, ở độ sâu tối đa khoảng 200km.
Manti là lớp đá nóng và dày nằm giữa lõi Trái Đất và lớp vỏ Trái Đất.
Mặc dù kích thước và giá trị của kim cương CLIPPIR thu hút nhiều sự chú ý của công chúng, giá trị khoa học của chúng còn lớn hơn. Do hình thành ở những khu vực nằm ngoài khả năng tiếp cận trực tiếp của con người, các viên kim cương này lưu giữ những thông tin quý giá về phần sâu bên trong Trái Đất.
Các nhà khoa học xem CLIPPIR như những “sứ giả” mang thông tin từ phần sâu của manti. Việc nghiên cứu chúng giúp làm sáng tỏ cách carbon và đá được tái chế trong lòng Trái Đất, cũng như quá trình tiến hóa của hành tinh trong hàng trăm triệu năm.
Nhóm các nhà địa chất học tại Đại học Cape Town đã nghiên cứu các loại đá kimberlit – loại đá magma có khả năng đưa kim cương từ sâu trong lòng Trái Đất lên bề mặt – thông qua khoáng vật olivin.
Kimberlit là loại đá magma hiếm, hình thành từ magma dâng lên rất nhanh từ sâu trong Trái Đất. Các đợt phun trào kimberlit đã đưa kim cương cùng nhiều khoáng vật khác từ manti lên gần bề mặt.
Khi magma kimberlit dâng lên, nó cuốn theo các tinh thể olivin từ manti. Thành phần hóa học của olivin giúp các nhà khoa học xác định đặc điểm của những khu vực mà magma từng đi qua, bao gồm cả nơi kim cương có thể đã được lưu giữ.
Qua phân tích, nhóm nghiên cứu nhận thấy các mỏ kimberlit chứa kim cương CLIPPIR thường có hàm lượng olivin giàu sắt cao hơn bình thường. Đây có thể là dấu hiệu giúp nhận diện những khu vực có tiềm năng chứa các viên kim cương kích thước lớn.
Quá trình hình thành những viên kim cương lớn nhất thế giới
Do hình thành ở độ sâu 400-660km, các nhà khoa học cho rằng kim cương CLIPPIR nhiều khả năng bắt nguồn từ vật chất của lớp vỏ đại dương cổ đã bị hút chìm xuống manti khi các mảng kiến tạo va chạm.
Dưới điều kiện nhiệt độ và áp suất rất lớn, carbon trong lớp đá này có thể kết tinh thành kim cương. Quá trình này đồng thời tạo nên các khối đá giàu sắt, được cho là môi trường thuận lợi để kim cương CLIPPIR hình thành hoặc được lưu giữ.
Do có khối lượng riêng lớn, các khối đá giàu sắt này khó nổi lên trong manti. Theo nhóm nghiên cứu, chúng nhiều khả năng được các dòng đối lưu nóng trong manti đưa lên phần đáy của các lục địa cổ, nơi kim cương tiếp tục được lưu giữ trong thời gian rất dài.
Sau đó, các đợt phun trào kimberlit đi qua những khu vực này, đưa kim cương lên bề mặt Trái Đất.
Phát hiện mới có thể mang lại thêm cơ sở khoa học cho hoạt động thăm dò kim cương.
Tại một số khu vực ở châu Phi, trong đó có Sierra Leone và Angola, nhiều viên kim cương CLIPPIR đã được tìm thấy trong các lớp cuội sỏi và trầm tích sông.
Các nhà khoa học cho rằng những viên kim cương này ban đầu được đưa lên bề mặt thông qua các đá kimberlit. Tuy nhiên, sau hàng triệu năm bị sông ngòi vận chuyển đi xa, việc xác định chính xác nguồn gốc của chúng trở nên rất khó khăn.
Ví dụ, viên Star of Sierra Leone nặng 969 carat được phát hiện năm 1972 trong trầm tích sông tại khu vực Kono. Đến nay, các nhà nghiên cứu vẫn chưa xác định được chính xác nguồn đá kimberlit đã đưa viên kim cương này lên bề mặt.
Việc phát hiện kim cương CLIPPIR trong kimberlit Meya ở khu vực Kono cho thấy nguồn đá nguyên sinh của loại kim cương này thực sự tồn tại tại đây. Theo nhóm nghiên cứu, những kimberlit có dấu hiệu hóa học giàu sắt tại Sierra Leone và Angola có thể là mục tiêu đầy hứa hẹn cho các hoạt động thăm dò trong tương lai.
Các nhà khoa học cũng nhận định nhiều khả năng vẫn còn tồn tại những viên kim cương có kích thước lớn hơn bất kỳ mẫu vật nào con người từng phát hiện, đang nằm sâu dưới lòng đất tại các khu vực này.
Ấm siêu tốc dùng lâu ngày thường xuất hiện những mảng trắng bám ở đáy và thành ấm. Nhiều người lo ngại đây là chất bẩn nguy hiểm, nhưng theo TS Vũ Thị Tần, chuyên gia hóa học, hiện tượng này chủ yếu liên quan đến cặn khoáng trong nước.
“Ở những nơi có nguồn nước cứng, tức là nước chứa nhiều ion canxi và magie, khi đun nóng nhiều lần, các muối khoáng này dễ kết tủa và bám lại trong ấm. Đó là lý do đáy ấm xuất hiện lớp cặn trắng, đôi khi đóng thành mảng khá dày”, TS Tần giải thích.
Theo chuyên gia, nếu không vệ sinh định kỳ, lớp cặn này có thể khiến ấm đun lâu sôi hơn, làm giảm hiệu suất truyền nhiệt và ảnh hưởng đến tuổi thọ của thiết bị. Với những ấm đã bám cặn dày, người dùng không nên dùng vật sắc nhọn để cạy vì có thể làm xước lớp kim loại bên trong.
TS Tần cho biết cách đơn giản nhất là dùng giấm trắng. Người dùng có thể đổ trực tiếp giấm trắng 1/4 đến 1/3 dung tích ấm, ngâm khoảng 30 phút. Không nên pha loãng giấm trắng nhiều sẽ làm giảm tác dụng. Sau đó bật ấm đun sôi, đổ bỏ dung dịch và tráng lại nhiều lần bằng nước sạch.
“Nếu phần vòi rót cũng bám cặn, có thể thấm giấm trắng vào khăn giấy rồi quấn quanh khu vực này trong lúc ngâm. Axit axetic trong giấm sẽ phản ứng với lớp cặn khoáng có tính kiềm, giúp chúng mềm ra và tan dần”, bà nói.
Với lớp cặn lâu ngày, có thể lặp lại thao tác thêm một lần hoặc dùng giấm hơi ấm để tăng hiệu quả. Tuy nhiên, sau khi vệ sinh, cần đun và đổ bỏ một lượt nước sạch trước khi sử dụng lại để tránh mùi giấm còn sót trong ấm.
TS Tần lưu ý không nên pha giấm với các chất tẩy rửa khác, đặc biệt là nước tẩy chứa clo, vì có thể tạo khí gây hại. Người dùng cũng không nên dùng quá nhiều giấm đậm đặc rồi ngâm qua đêm nếu nhà sản xuất ấm không khuyến nghị.
“Giấm trắng và nước là hai nguyên liệu rẻ, dễ tìm, đủ để xử lý phần lớn cặn vôi trong ấm siêu tốc. Quan trọng là vệ sinh định kỳ, khoảng 2-4 tuần một lần tùy chất lượng nguồn nước và tần suất sử dụng”, TS Tần khuyến cáo.
Thành tựu này loại bỏ rào cản lớn để chế tạo những thiết bị bay tự hành nặng và mạnh mẽ hơn, phục vụ mục tiêu thám hiểm hành tinh đỏ.
Hơn ba năm kể từ khi hành trình lịch sử của trực thăng tiên phong Ingenuity trên sao Hỏa khép lại, các kỹ sư tại Phòng thí nghiệm Sức đẩy Phản lực (JPL) của NASA tại California (Mỹ) đã bắt tay vào thiết kế thế hệ phương tiện bay tiếp theo cho sao Hỏa.
Mục tiêu của kế hoạch này chính là vận chuyển những thiết bị khoa học nặng hơn trên quãng đường dài hơn trong bầu khí quyển cực kỳ loãng của hành tinh Đỏ - nơi có mật độ chỉ bằng 1% so với Trái Đất.
Trước đó, trực thăng Ingenuity đã chứng minh tính khả thi của việc bay trên hành tinh khác khi hoàn thành xuất sắc 72 chuyến bay (vượt xa mục tiêu 5 chuyến ban đầu), mở ra một phương thức thám hiểm hoàn toàn mới từ trên không.
Tuy nhiên, để tạo ra đủ lực nâng trong bầu khí quyển siêu mỏng này, cánh quạt của Ingenuity đã phải quay với tốc độ cực đại 2.700 vòng/phút - nhanh gấp 10 lần trực thăng thông thường trên Trái Đất.
Để đảm bảo an toàn, nhóm vận hành luôn giữ tốc độ đầu cánh quạt ở mức Mach 0.7 (khoảng 70% tốc độ âm thanh). Việc vượt ngưỡng Mach 1 (khoảng 870 km/h trên sao Hỏa) từng là điều "bất khả xâm phạm" do lo ngại các biến động khí động học khó lường sẽ làm gãy nát cánh quạt.
Nhưng đối với những trực thăng thế hệ mới nặng hơn, việc tăng tốc độ quay và kích thước cánh quạt là bắt buộc.
Chinh phục cột mốc Mach 1.08
Để giải bài toán này, JPL đã hợp tác cùng công ty hàng không AeroVironment tiến hành thử nghiệm các thiết kế cánh quạt mới trong một buồng mô phỏng áp suất và khí quyển sao Hỏa.
Đặc biệt, đề phòng tình huống cánh quạt bị vỡ tung dưới áp lực siêu thanh, các kỹ sư thậm chí đã phải lót các tấm kim loại bảo vệ xung quanh thành buồng thử nghiệm.
Quy trình thử nghiệm được tiến hành một cách thận trọng. Ở giai đoạn 1, động cơ được tăng tốc dần lên 3.750 vòng/phút trong môi trường tĩnh, đưa tốc độ đầu cánh đạt mức Mach 0.98.
Sau đó, hệ thống quạt gió công suất lớn được kích hoạt để thổi luồng khí ngược chiều vào cánh quạt đang quay, mô phỏng sức gió thực tế trên sao Hỏa nhằm đẩy vận tốc tương đối lên ngưỡng siêu thanh.
Kết quả đã vượt ngoài mong đợi của đội ngũ nghiên cứu. Cánh quạt không những không bị tổn hại mà còn hoạt động ổn định ở tốc độ dòng khí đạt Mach 1.08.
"Chúng tôi từng nghĩ mình đã rất may mắn nếu đạt được Mach 1.05. Nhưng trong những lần chạy thử cuối cùng, hệ thống đã chạm mốc Mach 1.08", Shannah Withrow-Maser, chuyên gia khí động học tại Trung tâm Nghiên cứu Ames của NASA cho biết.
Bước đệm cho Sứ mệnh Skyfall
Thành công từ thử nghiệm này sẽ trực tiếp định hình thiết kế cho Skyfall - sứ mệnh tiếp theo của NASA dự kiến phóng sớm nhất vào cuối năm 2028.
Theo kế hoạch, Skyfall sẽ mang theo 3 trực thăng thế hệ mới lên sao Hỏa bằng tàu vũ trụ sử dụng năng lượng hạt nhân Space Reactor-1 (SR-1).
Những trực thăng mới này sở hữu nhiều nâng cấp vượt trội so với người tiền nhiệm. Nổi bật như hệ thống cánh quạt tối ưu với hai cánh dài hơn, có khả năng vận hành ở tốc độ siêu thanh giúp tăng lực nâng thêm 30%.
Bên cạnh đó, trực thăng sẽ tích hợp các viên pin dung lượng cao để kéo dài thời gian bay, cùng các thiết bị cảm biến chuyên sâu như radar dò tìm băng ngầm dưới lòng đất sao Hỏa.
Khác với Ingenuity vốn phụ thuộc vào xe tự hành Perseverance để chuyển tiếp tín hiệu, các trực thăng của sứ mệnh Skyfall sẽ có khả năng truyền thông tin trực tiếp về Trái Đất hoặc thông qua các vệ tinh quay quanh quỹ đạo.
Song song với chương trình sao Hỏa, NASA cũng đang phát triển Dragonfly - một thiết bị bay dạng "quadcopter" nặng gần 1 tấn dành cho Titan (mặt trăng của sao Thổ).
Dù có kích thước rất lớn, Dragonfly sẽ “dễ thở” hơn ở khía cạnh khí động học, do bầu khí quyển của Titan có mật độ đậm đặc hơn cả Trái Đất.
Việc làm chủ công nghệ cánh quạt siêu thanh trên sao Hỏa không chỉ là một kỳ tích về mặt kỹ thuật, mà còn chính thức gỡ bỏ giới hạn vật lý cuối cùng, mở toang cánh cửa cho các phương tiện bay hạng nặng làm chủ bầu trời của sao Hỏa trong tương lai gần.
Những hình ảnh chụp từ quỹ đạo Sao Hỏa cho thấy một mạng lưới cấu trúc dạng tổ ong xuất hiện tại một khu vực rộng lớn thuộc hố Gale, một miệng hố va chạm rộng khoảng 154km trên bề mặt hành tinh này.
Trong chuyến thám hiểm mới đây, tàu tự hành Curiosity của NASA phát hiện khu vực trên được bao phủ bởi các gờ đá nhô cao, tạo thành những mạng lưới đa giác khép kín có hình dạng giống tổ ong. Các vùng trũng giữa những gờ đá chứa lớp cát có màu sẫm hơn.
Các nhà khoa học NASA cho biết họ bất ngờ khi so sánh những hình ảnh cận cảnh do Curiosity ghi lại với dữ liệu chụp từ vệ tinh trước đó, bởi quy mô và độ rõ nét của các cấu trúc này khác biệt so với nhiều dạng địa hình từng được phát hiện trên Sao Hỏa.
Nguồn gốc của các cấu trúc đa giác này hiện vẫn chưa được xác định. Trên Trái Đất, những dạng địa hình tương tự có thể hình thành do chu kỳ đóng băng - tan chảy của nước trong đất, khiến các lớp trầm tích giàu đất sét co lại, hoặc do sự giãn nở, co rút của đá dưới tác động nhiệt độ.
Tuy nhiên, quy mô lớn và hình dạng rõ nét của mạng lưới gờ đá mà Curiosity quan sát được khiến các nhà khoa học cho rằng quá trình hình thành của chúng có thể phức tạp hơn.
Rải rác xung quanh khu vực này là những viên đá có màu tối, kích thước từ các hạt nhỏ như sỏi đến những khối đá lớn hơn. Nguồn gốc của chúng vẫn là câu hỏi chưa có lời giải.
Các nhà khoa học đưa ra một số khả năng, trong đó những viên đá này có thể từng nằm ở các lớp địa chất cao hơn rồi trượt xuống khu vực hiện tại, hoặc là vật chất bị văng ra sau các vụ va chạm thiên thạch.
Phân tích sơ bộ của NASA cho thấy một số mẫu đá nhỏ tại khu vực này có chứa niken. Trên Trái Đất, niken thường xuất hiện trong nhiều loại thiên thạch, vì vậy phát hiện này có thể cung cấp thêm dữ liệu để các nhà khoa học nghiên cứu nguồn gốc của các vật chất trên bề mặt Sao Hỏa.
Hiện NASA vẫn chưa đưa ra kết luận cuối cùng về cách hình thành các dải đá tạo nên cấu trúc giống tổ ong. Một số giả thuyết cho rằng chúng có thể liên quan đến hoạt động núi lửa cổ đại, dòng chảy của nước, quá trình xói mòn do gió hoặc những thay đổi môi trường kéo dài hàng tỷ năm trên Sao Hỏa.
Việc giải mã nguồn gốc của các cấu trúc đặc biệt này có thể giúp các nhà khoa học hiểu rõ hơn về điều kiện môi trường từng tồn tại trên Hành tinh Đỏ, từ đó tìm kiếm thêm manh mối về khả năng Sao Hỏa từng có môi trường phù hợp cho sự sống.
Hành trình khám phá Sao Hỏa kéo dài nhiều thập kỷ
Con người bắt đầu khám phá Sao Hỏa từ thập niên 1960 với các sứ mệnh thuộc chương trình Mars của Liên Xô. Tuy nhiên, phần lớn các nhiệm vụ ban đầu không đạt được mục tiêu do những thách thức về công nghệ.
Đến năm 1965, tàu vũ trụ Mariner 4 của NASA thực hiện chuyến bay qua Sao Hỏa và gửi về Trái Đất 21 hình ảnh đầu tiên về hành tinh này. Đây được xem là bước tiến quan trọng trong lịch sử nghiên cứu Sao Hỏa.
Sau nhiều thập kỷ nghiên cứu, với hàng loạt tàu quỹ đạo, tàu đổ bộ và tàu tự hành được đưa tới Sao Hỏa, hành tinh này vẫn chứa đựng nhiều bí ẩn. Hiện NASA vẫn duy trì hoạt động của hai tàu tự hành trên bề mặt là Curiosity và Perseverance.
Những phát hiện mới từ các sứ mệnh này tiếp tục cung cấp dữ liệu quan trọng, giúp các nhà khoa học tiến gần hơn tới mục tiêu hiểu rõ lịch sử địa chất, khí hậu và khả năng từng tồn tại sự sống trên Sao Hỏa.
